Marker assisted backcross breeding in Maize Research Institute Zemun Polje

Abstract

Povratno ukrštanje je pristup u klasičnom oplemenjivanju koji se koristi za unošenje jednog ili više poželjnih alela, na jedan ili više lokusa, iz donora u adaptiranu ili komercijalnu liniju (rekurentni roditelj). U poslednjih nekoliko decenija, zahvaljujući razvoju metoda molekularne genetike razvija se oplemenjivanje potpomognuto molekularnim markerima. U cilju bržeg dobijanja željenih genotipova (potomstvo koje nosi poželjni gen sa maksimalnim povraćajem genoma rekurentnog roditelja) primenjuje se kombinacija povratnog ukrštanja i selekcije pomoću SSR molekularnih markera. Za ovo istraživanje je odabrano dvanaest samooplodnih linija kukuruza (L1 -L12) u cilju unošenja poželjnih alela uključenih u ekspresiju svojstava: restorer za CMS-C (RfC), restorer za CMS-S (RfS), za plavu boju zrna i za crvenu boju perikarpa. Samooplodne linije i njhovo BC4 potomstvo su analizirani SSR molekularnim markerima u cilju identifikacije genotipova sa najvećim procentom genoma rekurentnog roditelja. Za analizu je odabrano 30 SSR markera raspoređenih na svih 10 hromozoma kukuruza. Vrednosti genetičke sličnosti između rekurentnih roditelja i njihovih BC4 potomstava su bile u opsegu od 0.79 do0.99 (79-99% genoma rekurentnog roditelja). Rezultati su pokazali da je 48% potomstva imalo povraćaj genoma rekurentnog roditelja iznad teoretske vrednosti i ono je podvrgnuto procesu samooplodnje u cilju fiksacije alela. Takođe, kod 41% potomstva povraćaj je iznosio 99%, što predstavlja vrednost koja se teoretski dostiže u BC6 generaciji. Sa druge strane, 52% potomstva je imalo manji povraćaj genoma rekurentnog roditelja od teorijskog. U ovom istraživanju prikazana je praktična primena molekularnih markera u povratnom ukrštanju i ovaj pristup se može koristiti za postizanje bolje efikasnosti i skraćivanje procesa selekcije.

The backcross breeding is one of the most extensively used methods in different crop species. With the development of molecular genetics, molecular markers become widely used as a tool aiding conventional breeding. The main goal of marker assisted backcross breeding (MABB), a form of marker assisted selection (MAS), is to develop backcross progenies carrying the gene of interest with maximum recovery of the recurrent parent's genome (RPG). In this research, twelve inbred lines were chosen for the introgression of favourable alleles for several traits. Thirty SSR markers distributed throughout the whole genome were used to determine genetic similarity among these twelve lines and their BC4 progenies, i.e.to identify the genotypes with the highest proportion of recurrent parent's genome (RPG). Genetic similarity values ranged from 0.79 to 0.99(79-99% RPG).The 48% of progenies had RPG above theoretical value and they were self-pollinated for allele fixation. Also, 41% of them had 99%, what is the value theoretically achieved in BC6 generation. On the other hand, 52% of individuals had lower RPG content than theory predicts. The results of the research confirmed the advantage of using MABB compared to conventional approach, providing faster achievement of the goal, recovering the recurrent parent's genome in fewer generations of backcrossing and thus enabled enhanced selection efficiency and shortened the breeding process.